Смесь под давлением
Принципиально новым источником метана может быть его особая форма – газовый гидрат. Это не газ, не жидкость и не твердое тело, а твердый раствор, внешне напоминающий лед или спрессованный снег. Метан и вода (при определенной насыщенности жидкости газом) образуют гидрат под давлением около 50 атмосфер и температуре +2...+4°C. Такие условия в природе сплошь и рядом – это морские глубины и зоны вечной мерзлоты. 71% нашей планеты покрыто водой, а из 29% суши около четверти приходится на вечную мерзлоту. Только под водой запасов гидратов предполагается до 1 млрд кубических километров! Именно километров, а не метров. При этом в одном объеме гидрата может быть 160–170 объемов газов, в основном метана. Запасы – на века.
Как формируются газогидраты? Водородные связи заставляют молекулы воды выстраиваться в геометрически правильные структуры. В них могут встраиваться молекулы других веществ, в том числе метана. Молекулы воды в таких соединениях называют «хозяевами», молекулы других веществ в кристаллической решетке – «гостями» или гидратообразователями. Между «хозяевами» и «гостями» нет молекулярных связей, поэтому гидрат представляет собой не новое вещество, а смесь. Такие соединения безопасны и стабильны до тех пор, пока не изменится температура или давление.
Гидратная бомба
Моделирование показало, что стабильность ПГГ относительна, писал недавно журнал Nature. Небольшое изменение среды – вулканическая деятельность, понижение уровня мирового океана, нагрев воды и атмосферы – может спровоцировать лавинообразное выделение газа.
Право и обязанность: почему инвестиции в ТЭК долго окупаются
21 августа 1986 года на озере Ньос в Камеруне произошла лимнологическая катастрофа – внезапный выброс большого объема углекислого газа со дна водоема. В окрестностях погибли от удушья более 1700 человек и множество животных. Случись выброс в основном метана, последствия оказались бы еще более трагичными: смесь воздуха с 9,5% метана взрывоопасна. По одной из версий, под толщей воды сохранился очаг вулканической деятельности, что привело к распаду газогидратов. Но такие случаи крайне редки.
Самовысвобождение метана из ПГГ – одна из версий исчезновения кораблей в Бермудском треугольнике. В Карибском море много газогидратов. По непонятным причинам – без подводных вулканов и без существенного изменения температур – газ может выделиться из них взрывным потоком и подняться к поверхности. Вода станет пеной, или ее заменит газовый пузырь. Плотная среда мгновенно становится неплотной, и корабль «провалится» в океан. Такому же риску подвержены и пролетающие над газовым пузырем самолеты. Если выброс произошел рядом с кораблем, то метан способен отравить находящихся на нем людей. «Закипание океана» – сюжет для фильмов катастроф. Загадка Бермудского треугольника пока не разгадана, но причиной вполне могли быть и газогидраты.
На Ямале в 2014 году обнаружили несколько гигантских воронок диаметром около 25 и глубиной более 50 метров. Напомним, крупнейшие газовые месторождения России находятся именно на Ямале. Вечная мерзлота тает, плотная шапка грунта размягчается. Первым к поверхности устремляется газ из ПГГ, за ним может вырваться и метан традиционных месторождений. Мерзлота способна сдержать этот поток, но лишь до определенного времени, пока давление газов не достигнет критического уровня. А потом возможен взрыв. Кратеров от них на российском Севере обнаружены десятки.
Хорошая новость в том, что выбросы метана – редкое явление. Плохая в том, что оно почти не изученное. Газогидраты – вообще новая тема в геологии и разработке полезных ископаемых.
На суше и на море
Впервые скопления газовых гидратов на суше, под вечной мерзлотой, были обнаружены случайно. Это произошло в 1964 году в России, на Месояхинском месторождении в Западной Сибири. Позже аналогичные залежи нашли в Канаде, в дельте реки Маккензи, и в США, на месторождении Прадхо-Бей на Аляске. На Месояхинском попытки добывать газ из гидратов предпринимались в 1970-е годы. Объем оказался незначительный, для коммерческой добычи непригодный. Такое же разочарование ждало газовиков США и Канады на суше, Японии и Индии – в море.
Поиски продолжаются. В нашей стране самые перспективные для разработки газогидраты найдены в Северном Ледовитом океане, в Чёрном и Охотском морях. В 2009 году глубоководные аппараты серии «Мир» подтвердили наличие ПГГ на дне Байкала. В РФ исследованием газогидратов занимаются «Газпром ВНИИГАЗ», Губкинский университет, ВНИИОкеанологии и еще до десятка других научных учреждений. Департамент энергетики США ведет шесть исследовательских проектов, связанных с газогидратами. Также их изучают во многих крупных мировых университетах.
Пожалуй, ближе всех к промышленному производству метана из ПГГ подошла Япония. Здесь к ним особый интерес, поскольку в стране нет ни одного газового месторождения, она полностью полагается на импортный сжиженный природный газ. Специалисты выявили 971 место возможных залежей гидрата метана у побережья префектур Хоккайдо, Акита, Ямагата и Ниигата – всего 746 месторождений.
В 2013 году Японская национальная корпорация нефти, газа и металлов (JOGMEC) впервые в мире смогла получить стабильный приток газа из гидратов в течение шести дней в объеме, который она назвала «промышленным». На самом деле 20 тыс. кубометров в сутки – слишком мало для коммерческого производства. Весь газ поступал на факел, как энергоноситель не использовался. В 2017-м корпорация сделала вторую попытку и сообщила, что «изучает результаты». По-видимому, они оказались не очень обнадеживающими. Сейчас JOGMEC с американскими партнерами «концептуально прорабатывает» производство метана из гидратов на Аляске: арктические моря могут оказаться более продуктивными.
Вторым наладить производство газа из ПГГ в промышленных объемах попробовал Китай. В 2020-м китайские исследователи получили приток газа на шельфе. Добыча велась месяц и составила по 29 тыс. кубометров в сутки. Для традиционной газовой отрасли это очень скромно: даже 100 тыс. кубометров считаются посредственным объемом, а нормальным – 300 тыс. и выше. Рекорды отмечаются в основном в Туркменистане. Совсем недавно, 13 апреля 2025-го, скважина №285 на месторождении Галкыныш дала 2 млн кубометров природного газа. Больше не фиксировал никто и никогда.
Эксперименты по добыче газогидратов, в первую очередь из морских глубин, продолжаются. На дне мирового океана их в разы больше, чем в вечной мерзлоте, – там идеальные условия для образования гидратов, нужные температура и давление. Обычно скопления ПГГ находятся на глубине до 1 тыс. до 3 тыс. метров, но для современной нефтегазовой отрасли это уже не препятствие: в Мексиканском заливе и у побережья Гайаны бурят скважины и на 5 тыс. метров. Проблема остается в экономичности производства газа из гидратов.
Путей много, приемлемых нет. Пока
Газогидраты что на суше, что на море расположены в плотных скоплениях. Добраться до них буровым долотом для нефтяников тривиальная задача. Но есть нюанс, который все осложняет. Каждый гидрат – как отдельный кусок льда размером с кулак. Добывать газ нужно так, чтобы шел непрерывный поток, сразу из всей мощности пласта, а не из куска за куском. В традиционных месторождениях газ находится в пористой породе. Пробив ее скважиной даже в одном месте, можно создать приток: газ сам под давлением пойдет через поры к трубе.
Вот только гидраты – не пористая среда, и традиционное бурение в случае с ними бесполезно: что-то «отжать» можно, но эффект будет как от стрельбы из пушки по мухам. Нет возможности использовать и обычный коллектор – трубу с отверстиями, как в газовых пластах. Гидроразрывы тоже бесполезны. Поднимать ПГГ земснарядом на поверхность и уже потом извлекать газ – малоэффективно. Получается, что простой, безопасной и экономичной технологии добычи метана из газогидратов пока нет. Однако первые опыты показали, что дальше двигаться можно сразу по нескольким направлениям.
Задача на разрыв: где и как добывают трудноизвлекаемую нефть
Самый очевидный метод – термический: закачать в скопление кипяток или пар, гидраты растопятся, метан выделится. Второй вариант – химический: закачка в скопление гидратов добавок, которые их дестабилизируют. Дестабилизацию можно вызвать и принудительным снижением давления, те есть депрессионным методом.
Одна из последних разработок – метод замещения. Через одну скважину в пласт закачивается углекислый газ и замещает собой метан, который можно собирать второй скважиной. Такой способ, кстати, имеет очень полезный побочный эффект, позволяя утилизировать CO2. В принципе, можно использовать его только для этого, а небольшое количество метана из гидратов считать побочным продуктом.
У всех перечисленных методов имеется один большой минус. Да, они позволяют выделить метан, но это полдела. Нет способа его собрать и по трубе доставить на поверхность. Решение можно позаимствовать из метода добычи высоковязкой нефти из битуминозных песков. Гравитационный дренаж с использованием пара (Steam-assisted gravity drainage, SAGD) предполагает бурение двух горизонтальных скважин одна под другой на десяток километров. В верхнюю закачивают пар, тяжелая нефть разжижается и стекает в нижнюю скважину. На канадской площади нефтяных песков Атабаска в провинции Альберта SAGD позволяет извлечь до 60% нефти.
С гидратами можно сделать подобное, но наоборот: нижней скважиной разогревать их, а в верхней собирать газ через трубу со множеством отверстий. Скорее всего, верхних скважин потребуется много – и рядом, и одни над другими, целая сеть или решетка. Ни патентов, ни описаний SAGD в применении к гидратам в открытых источников обнаружить не удалось. Но отсутствие публикаций не значит, что это технологию не рассматривают отечественные НИИ и зарубежные исследовательские центры.
Пока освоение газогидратов находится на начальном этапе, консалтинговые агентства уже принялись оценивать будущий рынок. Acumen считает, что в 2032 году его объем может достичь $4,1 млрд. Для газовой индустрии это весьма низкие параметры. Только рынок СПГ в 100 раз больше. Но и сланцевые нефть и газ поначалу считались маржинальным продуктом и слабым рынком. За 20 лет ситуация кардинально изменилась. Сланцы сделали США страной номер один по добычи и нефти, и газа. Может быть, и гидраты через пару десятилетий станут привычным и высокодоходным топливом. Соединённые Штаты, Китай, Россия, Южная Корея и Индия над этим работают. А то, что успех может прийти лишь через 20 лет, так это для ТЭК вообще не срок.
